CN115261736B - 基于微合金化的耐蚀盘条及其生产工艺 - Google Patents

基于微合金化的耐蚀盘条及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于盘条生产技术领域，涉及基于微合金化的耐蚀盘条及其生产工艺。盘条各成分为：C：0.09~0.2%、Mn：0.65~0.85%、Mo：0.15~0.25%、Si：0.15~0.35%、Cr：0.50~0.65%、V：0.1~0.15%、N：0.01~0.015%、P：≤0.025%、S：≤0.025%、Ni≤0.15%、Cu≤0.2%、Al≤0.03%；步骤包括钢水冶炼、LF精炼、连铸、钢坯加热、除鳞、轧制和冷却收集；本发明通过成分优化和工艺控制显著提升盘条的性能，具备高强度和良好的耐腐蚀性，经96h处理腐蚀速率低于50%；且抗拉强度≥825MPa，屈服强度≥630MPa，综合性能优异。

Description

基于微合金化的耐蚀盘条及其生产工艺
技术领域
本发明属于盘条生产技术领域，具体涉及基于微合金化的耐蚀盘条及其生产工艺。
背景技术
盘条加工完成后在放置过程中产生的锈蚀会直接影响盘条的产品质量，而且多数材料的使用长期暴露在外界环境中，其表面与周围介质（如水汽）接触，会使材料表面产生锈蚀，盘条的锈蚀造成了材料的损耗，降低了材料的使用寿命，也增加了成本。
通常防止生锈的方法是在钢材表面涂刷防锈剂，但是涂刷防锈剂需要定期进行维护重涂，耗费较大的财力和人力；并且喷涂材料还会存在环境污染的隐患。如常规使用的环氧树脂涂层，其生产工艺复杂，不符合节能减排的环保需求；而且环氧树脂涂层或镀锌层服役年限短，容易老化，需要定期维护。
另一方面，随着目前高速铁路、大跨度桥梁建设的快速发展，为满足大跨径桥梁的安全性与轻量化要求，对桥梁缆索的强度提出了更高的要求，所以目前针对盘条的研究主要是侧重其强度的提升，忽略了耐腐蚀性的重要性。
综上所述，盘条材料的研究不仅需要良好的强度，也需要良好耐腐蚀性，提升盘条的综合性能是非常必要的。
发明内容
本发明目的在于克服上述缺陷，提供一种基于微合金化的耐蚀盘条及其生产工艺。本工艺通过成分优化和工艺控制，提升盘条的综合性能。
为了实现以上目的，本发明首先提供基于微合金化的耐蚀盘条，由下列质量百分比的成分组成：
C：0.09~0.20%、Mn：0.65~0.85%、Mo：0.15~0.25%、Si：0.15~0.35%、Cr：0.50~0.65%、V：0.10~0.15%、N：0.01~0.015%、P：≤0.025%、S：≤0.025%、Ni≤0.15%、Cu≤0.20%、Al≤0.03%，余量为Fe及不可避免杂质；所述盘条微观组织为珠光体和铁素体。
成分设计：C是影响工具钢性能的最重要元素，直接影响了材料的淬透性和淬硬性；本发明在满足成品热处理硬度即使用硬度的前提下，将C含量设定在0.09~0.20%，较常规品种（如82B盘条）显著下调了C含量，从而提高了Ms点并缩小了马氏体的转变温度范围、降低了热轧盘条形成马氏体等淬火组织的可能性。
为保证综合性能，工具钢中添加了Cr、V、Mo等合金元素。本发明在降低Cr含量的同时，增加了V含量，在保证材料性能的同时最大限度的降低了合金化成本，V含量控制在0.10~0.15%，保证晶粒细化及回火软化抵抗性；并且增加了钢水中氮含量（N：0.01~0.015%）， 促进了轧制过程中大量细小 V(C，N)、VN的充分析出，使V的强化效果充分发挥；结合Cr、C的使用，使得淬透性和二次硬化作用得到明显提高，显微组织珠光体含量进一步提高， 促进了材料抗拉强度的提高，同时还提高了材料的耐腐蚀能力。
Mo：钼是铁素体形成元素，能显著促进铬在钝化膜中的富集，从而增强不锈钢钝化膜的稳定性，从而大幅提高耐腐蚀性；但Mo 较高时，不能避免回火脆性产生；本发明设定钼含量为0.15~0.25%。
P、S等杂质元素易在晶界偏聚，会使钢脆性大大增加，需要尽可能降低其含量，本发明均控制在0.025%以下。
本发明还提供一种基于微合金化的耐蚀盘条的生产工艺，包括以下步骤：
（1）钢水冶炼：转炉出钢碳含量0.05~0.20%，出钢磷含量P≤0.015%，出钢铝含量控制在Al≤0.025%，出钢目标温度≤1640℃；
（2） LF精炼：LF精炼造白渣并保持≥20min，精炼渣碱度控制在3~5；VD真空脱气，真空度要求低于67Pa、保持时间≥15min；破空后进行软搅拌，氩气压力不超过0.2MPa，流量为30~45Nm3/min，软吹时间≥20min；软搅拌结束时，钢液温度≥1500℃；
（3）基于步骤（2）得到的钢水进行连铸浇铸，得到铸坯；连铸全程采用保护浇铸，以避免钢水污染；连铸时控制钢水过热度为25~35℃，拉速为0.8~1.2m/min；二冷比水量为0.5~0.60L/kg；采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌；结晶器电磁搅拌电流为280～300A，频率为2～4Hz；末端电磁搅拌电流为400～500A，频率为10～12Hz；
（4）基于步骤（3）得到的铸坯在步进式加热炉加热，加热一段温度900~1000℃、加热二段温度1010~1030℃、均热段温度1020~1080℃、加热总时间≥150min；经高压水除磷后的钢坯，推送至高速线材轧机进行轧制；
（5）基于步骤（4）得到的除鳞后钢坯进行轧制得到目标规格盘条；其中开轧温度保持在860~900℃，进精轧机温度为855~865℃，进减定径温度为880~900℃；精轧6-8个道次进行吐丝，吐丝温度为820~850℃；
（6）基于步骤（5）吐丝后进入斯太尔摩线进行冷却并集卷收集；具体为：斯太尔摩线上风机全部关闭，冷却速度为2-4℃/s，辊道速度设定为0.15~0.25m/s，最后集卷器进行盘条收集，集卷温度为350~380℃。
优选的，步骤（1）中所述出钢磷含量P≤0.013%、出钢目标温度1610~1620℃。
优选的，步骤（2）中所述LF精炼造白渣并保持20~30min，软吹时间15~25min，
软搅拌结束时，钢液温度为1520~1570℃。
优选的，步骤（3）中钢水过热度25~30℃。
优选的，步骤（4）中所述加热总时间为150~240min，除鳞压力为14~16MPa。
优选的，步骤（5）中所述开轧温度为860~880℃、进精轧机温度855~860℃，吐丝温度825~840℃。
优选的，步骤（6）中所述辊道速度为0.20~0.22m/s。
本发明的优点和技术效果是：
（1）本发明采用控制转炉出钢温度、保持足够的白渣时间和软吹时间、精炼渣碱度控制在3~5，保证了钢水纯净度，非金属夹杂物不超1.0级，满足材料的加工要求和成品使用要求；
（2）本发明在降低Cr含量的同时，增加了V含量，在保证材料性能的同时最大限度的降低了合金化成本，V含量控制在0.10~0.15%，保证晶粒细化及回火软化抵抗性；并且增加了钢水中氮含量（N：0.01~0.015%）， 促进了轧制过程中大量细小 V(C，N)、VN的充分析出，使V的强化效果充分发挥；相同形变条件下，V微合金化提高盘条热变形奥氏体稳态流变应力，增大动态再结晶临界应变量，抑制道次间隔时间内的静态再结晶，细化珠光体片层间距；
（3）本发明采用低温控轧控冷，促进了形变奥氏体形成大量形变带，增加了铁素体晶粒形核速率，吐丝后采用斯太尔摩辐道风冷控制，降低了相变前的温度，抑制了轧后奥氏体和铁素体晶粒长大，促进了后续相变中材料内部大量形核，使铁素体晶粒显著细化；在此期间盘条充分转变为珠光体+铁素体组织，避免了快冷条件下马氏体和贝氏体的产生；
（4）本发明通过钢坯低倍检验和磁粉探伤结果表明，钢坯表面质量良好，无横纵裂纹、渣沟等各类缺陷；具备高强度和良好的耐腐蚀性；在极化电化学试验中，自腐蚀电位越大，腐蚀电流密度越小，说明耐腐蚀性越好，经96h处理腐蚀速率低于50%；且抗拉强度≥825MPa，屈服强度≥630MPa，综合性能优异。
附图说明
图1为实施例1制备材料的晶粒度检测图片。
具体实施方式
以下结合实施例及对比例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1：
轧制盘条规格为Φ12mm，具体的化学成分重量百分比为C：0.13%、Si：0.25%、Mn：0.82%、Mo：0.17%、V：0.13%、N：0.012%、P：0.015%、S：0.002%、Cr：0.65%、Al：0.010%、Ni：0.04%、Cu：0.08%，其余为铁和不可避免的杂质。
生产工艺如下：
（1）钢水冶炼：转炉出钢碳含量0.07%，出钢磷含量0.012%，出钢温度1620℃；
（2）LF精炼造白渣并保持25min，精炼渣碱度控制在3；VD真空脱气，真空度要求低于67Pa、保持时间20min，以深脱氧、脱硫；破空后进行软搅拌，氩气压力不超过0.2MPa，流量为35Nm3/min，软吹时间20min，进一步去气去夹杂；软搅拌结束时，钢液温度为1550℃；
（3）基于步骤（2）得到的钢水进行连铸浇铸，得到铸坯；连铸全程采用保护浇铸以避免钢水污染；连铸时控制钢水过热度为30℃，拉速为0.8m/min；二冷比水量为0.5L/kg；采用结晶器电磁搅拌（M-EMS）和末端电磁搅拌（F-EMS）；结晶器电磁搅拌电流为280A，频率为2Hz；末端电磁搅拌电流为500A，频率为12Hz；
（4）基于步骤（3）得到的铸坯在步进式加热炉加热，采用二段式加热，加热一段温度920℃、加热二段温度1010℃、均热段温度1020℃、加热总时间210min；设置除鳞压力为16MPa，经高压水除磷后的钢坯，推送至高速线材轧机进行轧制；
（5）基于步骤（4）得到的除鳞后钢坯进行轧制得到目标规格盘条；其中开轧温度保持在855℃，进精轧机温度为860℃，进减定径温度为880℃；精轧8个道次进行吐丝，吐丝温度为830℃；
（6）基于步骤（5）吐丝后进入斯太尔摩线进行冷却并集卷收集；具体为：斯太尔摩线上风机全部关闭，冷却速度为4℃/s，辊道速度设定为0.15m/s，最后集卷器进行盘条收集，集卷温度为380℃。
对本实施例的钢产品的进行检测，结果为：组织为正珠光体和铁素体；同时通过图1可以看出晶粒度非常细，晶粒度为9级。
实施例2：
轧制盘条规格为Φ12mm，具体的化学成分重量百分比为C：0.19%、Si：0.15%、Mn：0.85%、Mo：0.15%、V：0.13%、N：0.015%、P：0.018%、S：0.002%、Cr：0.58%、Al：0.010%、Ni：0.08%、Cu：0.09%，其余为铁和不可避免的杂质。
生产工艺如下：
（1）钢水冶炼：转炉出钢碳含量0.12%，出钢磷含量0.013%，出钢温度1610℃；
（2）LF精炼造白渣并保持20min，精炼渣碱度控制在5；VD真空脱气，真空度要求低于67Pa、保持时间20min，以深脱氧、脱硫；破空后进行软搅拌，氩气压力不超过0.2MPa，流量为35Nm3/min，软吹时间25min，进一步去气去夹杂；软搅拌结束时，钢液温度为1570℃；
（3）基于步骤（2）得到的钢水进行连铸浇铸，得到铸坯；连铸全程采用保护浇铸以避免钢水污染；连铸时控制钢水过热度为25℃，拉速为0.8m/min；二冷比水量为0.6L/kg；采用结晶器电磁搅拌（M-EMS）和末端电磁搅拌（F-EMS）；结晶器电磁搅拌电流为300A，频率为2Hz；末端电磁搅拌电流为500A，频率为12Hz；
（4）基于步骤（3）得到的铸坯在步进式加热炉加热，采用二段式加热，加热一段温度900℃、加热二段温度1020℃、均热段温度1040℃、加热总时间180min；设置除鳞压力为16MPa，经高压水除磷后的钢坯，推送至高速线材轧机进行轧制；
（5）基于步骤（4）得到的除鳞后钢坯进行轧制得到目标规格盘条；其中开轧温度保持在860℃，进精轧机温度为860℃，进减定径温度为880℃；精轧8个道次进行吐丝，吐丝温度为840℃；
（6）基于步骤（5）吐丝后进入斯太尔摩线进行冷却并集卷收集；具体为：斯太尔摩线上风机全部关闭，冷却速度为4℃/s，辊道速度设定为0.15m/s，最后集卷器进行盘条收集，集卷温度为380℃。
实施例3：
轧制盘条规格为Φ12mm，具体的化学成分重量百分比为C：0.09%、Si：0.24%、Mn：0.72%、Mo：0.15%、V：0.13%、N：0.015%、P：0.013%、S：0.002%、Cr：0.55%、Al：0.010%、Ni：0.06%、Cu：0.11%，其余为铁和不可避免的杂质。
生产工艺如下：
（1）钢水冶炼：转炉出钢碳含量0.09%，出钢磷含量0.012%，出钢温度1620℃；
（2）LF精炼造白渣并保持25min，精炼渣碱度控制在5；VD真空脱气，真空度要求低于67Pa、保持时间20min，以深脱氧、脱硫；破空后进行软搅拌，氩气压力不超过0.2MPa，流量为35Nm3/min，软吹时间25min，进一步去气去夹杂；软搅拌结束时，钢液温度为1550℃；
（3）基于步骤（2）得到的钢水进行连铸浇铸，得到铸坯；连铸全程采用保护浇铸以避免钢水污染；连铸时控制钢水过热度为35℃，拉速为0.8m/min；二冷比水量为0.5L/kg；采用结晶器电磁搅拌（M-EMS）和末端电磁搅拌（F-EMS）；结晶器电磁搅拌电流为280A，频率为4Hz；末端电磁搅拌电流为500A，频率为12Hz；
（4）基于步骤（3）得到的铸坯在步进式加热炉加热，采用二段式加热，加热一段温度960℃、加热二段温度1010℃、均热段温度1040℃、加热总时间240min；设置除鳞压力为16MPa，经高压水除磷后的钢坯，推送至高速线材轧机进行轧制；
（5）基于步骤（4）得到的除鳞后钢坯进行轧制得到目标规格盘条；其中开轧温度保持在855℃，进精轧机温度为880℃，进减定径温度为900℃；精轧6个道次进行吐丝，吐丝温度为825℃；
（6）基于步骤（5）吐丝后进入斯太尔摩线进行冷却并集卷收集；具体为：斯太尔摩线上风机全部关闭，冷却速度为4℃/s，辊道速度设定为0.15m/s，最后集卷器进行盘条收集，集卷温度为380℃。
对本实施例1-3得到的产品性能进行检测；
（1）产品组织：组织为珠光体+铁素体（表1）。
表1 产品组织
Figure 546836DEST_PATH_IMAGE001
可见本发明在保证成品性能的同时，通过成分优化和工艺控制显著降低了盘条淬火组织的产生，组织为珠光体+铁素体。
（2）采用CS310电化学分析仪对制备出的钢材进行电化学试验，试验用三电极测试系统，腐蚀液为3.5％的NaCl溶液，测试极化曲线电位扫描速度为0.5mV·s-1，测试电化学阻抗谱正弦波扰动频率范围为10-2～10-5Hz；得到的自腐蚀电位为-163.17mv；腐蚀电流密度为6.29E-7A/cm2。
此外，通过实施例1至实施例3获得的盘条在室温下进行力学性能测试（GBT4356-2016不锈钢盘条标准），力学性能包括抗拉强度和硬度，详见表2。
表2为性能测试结果
Figure 920049DEST_PATH_IMAGE002
注：加工Φ12mm拉伸试样，在室温下进行拉伸试验，测试Rm、Rp0.2、A%值。
本发明通过钢坯低倍检验和磁粉探伤结果表明，钢坯表面质量良好，无横纵裂纹、渣沟等各类缺陷；所生产的盘条具备高强度和良好的耐腐蚀性。在极化电化学试验中，自腐蚀电位越大，腐蚀电流密度越小，说明耐腐蚀性越好，经96h处理腐蚀速率低于50%，通过表2可以看出本发明的产品具有良好的耐腐蚀性，且抗拉强度≥825MPa，屈服强度≥630MPa。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.基于微合金化的耐蚀盘条的生产工艺，其特征在于，
所述基于微合金化的耐蚀盘条由下列质量百分比的成分组成：
C：0.09~0.20%、Mn：0.65~0.85%、Mo：0.15~0.25%、Si：0.15~0.35%、Cr：0.50~0.65%、V：0.10~0.15%、N：0.01~0.015%、P：≤0.025%、S：≤0.025%、Ni≤0.15%、Cu≤0.20%、Al≤0.03%，余量为Fe及不可避免杂质；所述盘条微观组织为珠光体和铁素体；
生产工艺包括以下步骤：
（1）转炉出钢碳含量0.05~0.20%，出钢磷含量P≤0.015%，出钢铝含量控制在Al≤0.025%，出钢目标温度≤1640℃；
（2）LF精炼造白渣并保持≥20min，精炼渣碱度控制在3~5；VD真空脱气，真空度要求低于67Pa、保持时间≥15min；破空后进行软搅拌，氩气压力不超过0.2MPa，流量为30~45Nm3/min，软吹时间≥20min；软搅拌结束时，钢液温度≥1500℃；
（3）基于步骤（2）得到的钢水进行连铸浇铸，得到铸坯；连铸全程采用保护浇铸，连铸时控制钢水过热度为25~35℃，拉速为0.8~1.2m/min；二冷比水量为0.5~0.60L/kg；采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌；结晶器电磁搅拌电流为280～300A，频率为2～4Hz；末端电磁搅拌电流为400～500A，频率为10～12Hz；
（4）基于步骤（3）得到的铸坯在步进式加热炉加热，加热一段温度900~1000℃、加热二段温度1010~1030℃、均热段温度1020~1080℃、加热总时间≥150min；经高压水除磷后的钢坯，推送至高速线材轧机进行轧制；
（5）基于步骤（4）得到的除鳞后钢坯进行轧制得到目标规格盘条；其中开轧温度保持在860~900℃，进精轧机温度为855~865℃，进减定径温度为880~900℃；精轧6-8个道次进行吐丝，吐丝温度为820~850℃；
（6）基于步骤（5）吐丝后进入斯太尔摩线进行冷却并集卷收集；具体为：斯太尔摩线上风机全部关闭，冷却速度为2-4℃/s，辊道速度设定为0.15~0.25m/s，最后集卷器进行盘条收集，集卷温度为350~380℃。
2.根据权利要求1所述的基于微合金化的耐蚀盘条的生产工艺，其特征在于，步骤（1）中所述出钢磷含量P≤0.013%、出钢目标温度1610~1620℃。
3.根据权利要求1所述的基于微合金化的耐蚀盘条的生产工艺，其特征在于，步骤（2）中所述LF精炼造白渣并保持20~30min，软吹时间20~25min，软搅拌结束时，钢液温度为1520~1570℃。
4.根据权利要求1所述的基于微合金化的耐蚀盘条的生产工艺，其特征在于，步骤（3）中钢水过热度25~30℃。
5.根据权利要求1所述的基于微合金化的耐蚀盘条的生产工艺，其特征在于，步骤（4）中所述加热总时间为150~240min，除鳞压力为14~16MPa。
6.根据权利要求1所述的基于微合金化的耐蚀盘条的生产工艺，其特征在于，步骤（5）中所述开轧温度为860~880℃、进精轧机温度855~860℃，吐丝温度825~840℃。
7.根据权利要求1所述的基于微合金化的耐蚀盘条的生产工艺，其特征在于，步骤（6）中辊道速度为0.20~0.22m/s。
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